text05气体动理论.ppt

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1、第五章气体分子动理论KineticTheoryofGasMolecules一、研究的对象气体分子二、研究的目的了解气体的宏观状态参量（温度T、压强P、内能E等）与分子微观运动之间的关系。三、研究方法统计1摩尔物质分子数为个/mm3牛顿方程?统计!布朗运动（1827年）1.掷硬币各面出现的概率为二分之一前言Preface2.概率分布实验3.成绩统计成绩:人数:平均成绩:伽耳顿板平衡态：在无外界影响下，系统宏观性质(T、P）不随时间变化的状态。设一容器，用隔板将其隔开当隔板右移时，分子向右边扩散§5.1平衡态理想气体状态方程EquilibriumStateandIdealGa

2、sEquationofState一、平衡态但从微观上看，分子仍作无规的热运动，故称热动平衡。各处的密度、压强、温度等不变。二、描述气体宏观状态的参量（复习）（宏观状态大量分子的集体状态）1.体积V(m3)气体所占的空间(1m3=103L)2.压强p作用在器壁上单位面积上的力（从力学角度描述）注意：a）气体压强产生的原因是大量分子对器壁的碰撞，给予壁一冲力。b）单位:工程上：大气压（atm）气象上：（巴）3.温度是气体冷热程度的量度国际单位制中采用热力学温标单位——开尔文(k)把水的三相点(triplepoint)（纯冰、纯水和水蒸气平衡共存的状态）的温度规定为273.16

3、开尔文（K）。0K是指绝对零度。Tt00C273.15K273.16K0.010C冰点三相点三、理想气体状态方程式中：M为气体质量为摩尔质量R为普适气体常数，在国际单位中：平衡态时状态参量（P、V、T）间的关系。1.理想气体的模型是：分子可视为质点。（本身的线度分子之间的距离，以至可以忽略）分子碰撞是完全弹性碰撞；除碰撞的一瞬间（10-8秒）外,分子与分子，分子与器壁之间无相互作用;自由地无规则运动的弹性小球一、理想气体的分子模型及其统计假设§5.2理想气体的压强IdealGasPressure2.宏观统计假设平衡态:各处的分子数密度应相等。分子沿各方向运动的

4、概率相等；只要一种平均值不等，则气体就不均匀，密度就不会相等。分子速度的各种平均值都相等。二、理想气体的压强公式气体的压强是大量分子对器壁的碰撞而产生。设体积V的容器，内有N个质量为m的分子XZYA2A1A1分子沿X方向的分速度1.速率为的分子与A1面碰撞一次给器壁的冲量2.单位时间内撞击器壁A1的冲量给予A1的冲量3.平均冲力A14.气体的压强分子数密度分子的平均平动动能令：为分子平均平动动能，则理想气体的压强公式揭示了压强产生的本质注意：1）压强决定于分子数密度和分子平均平动动能2）为统计规律(大量、无规则运动）理想气体状态方程(实验规律)：温度与分子平均平动动能说

5、明：温度的统计意义——温度是气体分子平均平动动能的量度。是大量分子热运动的集体表现。气体摩尔数玻耳兹曼常数§5.3温度的微观意义StaticalMeanningofGasTemperature若温度相同，不同气体的平均平动动能？分子的方均根速率？∴相等！已知：解：例.两容器中分别贮有理想气体，压强为760mmHg高,温度为270C。问在1cm3中有多少分子？分子的平均平动动能、方均根速率分别为多少？方均根速率氧气：氢气：§5.4理想气体的内能TheInternalEnergyofIdealGas前面我们研究气体动能时把分子看作弹性小球的集合，我们发现当用这一模型去研究单原

6、子气体的比热时，理论与实际吻合得很好，但当我们用这一模型去研究多原子分子时，理论值与实验值相差甚远。1857年克劳修斯提出：要修改模型。不能将所有分子都看成质点，对结构复杂的分子，我们不但要考察其平动，而且还要考虑分子的转动、振动等。下面研究包括平动、转动的理想气体的能量。1.自由度决定物体的位置所需的独立坐标数质点（三维空间）细棒（既有平动又有转动）决定质心--X、Y、Z决定转轴但：确定角位置三个平动自由度、三个转动自由度XYZXYZo一、自由度C③刚体ABC2.气体分子的自由度理想气体(温度不太高---刚性分子)（1）单原子分子（2）双原子分子3个平动自由度2个转

7、动自由度（3）多原子分子XYZ3个平动自由度3个转动自由度----视为刚体XYZCc二、能量按自由度均分原理分子的平均平动动能两边同乘上式表示沿各坐标运动的平均平动动能都相等，都等于分子的平均平动动能是均匀地分配在每一个自由度的运动上。即一个自由度对应一份能量在热平衡状态下，物质分子的每一个自由度都具有相同的平均动能，在温度为T时其数值为————能量均分原理对转动自由度怎样？对刚性分子：（大纲要求）例如：氢气（H2）在高温下两氢原子之间就有振动，氯气（Cl2）在常温下便有振动。这时可以看作由两质点组成的弹性谐振子对双原子分子-